Трекер для солнечных панелей. Как сделать поворотное устройство для солнечной панели: лучшие идеи

Общая дисперсия света солнца, которая использовалась ранее, не давала отменного результата. Точнее сказать, тот результат, который человечество получало, нельзя было при всех его показателях назвать идеальным. Солнечные батареи устанавливались стационарно и пребывали в одном зафиксированном положении. Система слежения за солнцем сняла эту проблему.

Максимальная энергия, которую можно получить, будет генерирована в случае перпендикулярного направления солнечных лучей на плоскость батарей. В обратном случае эффективность солнечных батарей крайне мала – приблизительно 10-15%. Если использовать систему автоматического наведения батарей на солнце, можно повысить результат на 40%.

Как это работает

Устройство слежения состоит из двух важных частей: механизма, который осуществляет поворот и наклон батарей в нужную сторону и электронной схемы, которая приводит в действие механизм.

Расположение батарей определяется географической широтой местности, где они должны быть установлены. К примеру, нужно установить батареи в местности, которая соответствует 330 северной широты. Это значит, что ось устройства должна быть повернута на 330 по отношению к горизонту земли.

Само вращение возможно благодаря двигателем, работа которого регулируется автоматикой. Автоматика «следит» за местом расположения Солнца на небоскребе и по мере его продвижения в западном направлении дает сигнал двигателю делать поворот всех батарей.

Интересным и любопытным выдается тот факт, что питание для двигателя идет от самих солнечных батарей. Слежение за солнцем делает само солнце, а это тоже экономия средств.

Особенности конструкции

Для детального восприятия приведем пример, как использовались солнечные лучи батареями ранее. Например, солнечная батарея выполнена из двух панелей, каждая из которых содержит три элемента. Элементы соединены параллельно. Панели монтируются таким образом, чтобы между ними был прямой угол. В таком случае минимум одна панель в любом случае будет «впитывать» солнечные лучи.

Панели образуют угол в 900, биссектриса которого направлена строго на солнце. Если всю конструкцию повернуть на 450 вправо или влево, одна панель будет работать, вторая – бездействовать. Такая позиция использовалась для того, чтобы улавливать солнечные лучи одной батареей в первую половину дня, а во второй половине за дело принимается вторая батарея.

Однако с применением поворотного устройства автоматического слежения, можно навсегда забыть о проблемах расположения батарей. Теперь все они без исключения будут иметь обращенные под углом 900 поверхности к солнцу.

Схема автоматического поворота должна также для большей эффективности работы учитывать наличие факторов, которые ограничивают энергию солнечных лучей. Нет смысла использовать питание в случае тумана, дождя или облачности, когда солнце спрятано полностью или частично.

Особенности устройства

Автоматические системы слежения промышленного производства более прогрессивны как в техническом плане, так и в эстетическом. Однако это вовсе не значит, что устройства, которые были изготовлены в домашних условиях, являются неполноценными. Они могут иметь некоторые недочеты, но в любом случае имеют высокий показатель.

За что покупают и чем привлекает вся конструкция:

• Устройства не требуют компьютерной настройки и программного обеспечения;
• GPS-приемник считывает данные о местном времени, а также о местоположении;
• Легкий вес, что достигается использованием легких металлов (алюминий и его сплавы);
• Наличие коммуникационного порта дает возможность вовремя диагностировать неполадки в работе;
• Ременной привод, приводящий в действие механизм более надежный, чем шестеренный;
• GPS-приемник всегда обновляет данные о времени, так что сбой исключен – например, работа в ночное время невозможна;
• Любая конструкция требует минимального вмешательства со стороны человека;
• Позволяют работать при любых возможных атмосферных влияниях, в том числе низких и высоких температур;

Возможность изготовления своими руками

Если есть возможности и желание, то всегда можно попробовать изготовить устройство самому. Конечно, это несколько тяжело, ведь потребуется не только глубокое знание и навыков в электромоделировании, но и дополнительные усилия для изготовления самой мачты, при монтаже солнечных батарей и т.п.

Внимательно изучив форумы, можно смело заявлять о том, что есть профессионалы не промышленного уровня. В разных регионах (где это целесообразно и рентабельно) уже давно не диковинкой стало использование солнечных батарей при наличии поворотной системы слежения.

Разные мастера предлагают свои схемы, наработки, делятся опытом. Так что, если возникла потребность усовершенствовать конструкцию солнечных батарей и повысить производительность, всегда есть возможность сделать это самостоятельно, не задействовав при этом максимума финансовых средств.

Попросил недавно друг собрать ему "гелиостат" для ориентации солнечной панели за солнцем, под использование небольших моторов. Схема была взята из просторов интернета, проверена авторская плата, работает. Но я нарисовал также свою печатную плату, покомпактней, в которой резисторы и конденсаторы можно ставить планарного типа SMD.

Далее идёт описание схемы от автора. Это устройство использует импульсное регулирование и автоматически способно ориентировать солнечную батарею по наилучшей освещенности. Принципиальная схема состоит из тактового генератора (DD1.1, DD1.2), двух интегрирующих цепей (VD1R2C2, VD2R3C3), такого же числа формирователей (DD1.3, DD1.4), цифрового компаратора (DD2), двух инверторов (DD1.5, DD1.6) и транзисторного коммутатора (VT1—VT6) направления вращения электродвигателя М1, управляющего поворотом платформы, на которой установлена солнечная батарея.

С подачей питания (от самой солнечной батареи или от аккумулятора) генератор на элементах DD1.1, DD1.2 начинает вырабатывать тактовые импульсы, следующие с частотой около 300 Гц. При работе устройства сравниваются длительности импульсов, сформированных инверторами DD1.3, DD1.4 и интегрирующими цепями VD1R2C2, VD2R3C3. Их крутизна меняется в зависимости от постоянной времени интегрирования, которая, в свою очередь, зависит от освещенности фотодиодов VD1 и VD2 (ток зарядки конденсаторов С2 и СЗ пропорционален их освещенности).

Сигналы с выходов интегрирующих цепей поступают на формирователи уровня DD1.3, DD1.4 и далее — на цифровой компаратор, выполненный на элементах микросхемы DD2. В зависимости от соотношения длительностей импульсов, поступающих на входы компаратора, сигнал низкого уровня появляется на выходе элемента DD2.3 (вывод 11) или DD2.4 (вывод 4). При равной освещенности фотодиодов на обоих выходах компаратора присутствуют сигналы высокого уровня.

Инверторы DD1.5 и DD1.6 необходимы для управления транзисторами VT1 и VT2. Высокий уровень сигнала на выходе первого инвертора открывает транзистор VT1, на выходе второго — VT2. Нагрузками этих транзисторов являются ключи на мощных транзисторах VT3, VT6 и VT4, VT5, которые коммутируют напряжение питания электродвигателя М1. Цепи R4C4R6 и R5C5R7 сглаживают пульсации на базах управляющих транзисторов VT1 HVT2. Направление вращения двигателя меняется в зависимости от полярности подключения к источнику питания. Цифровой компаратор не позволяет одновременно открыться всем ключевым транзисторам, и, таким образом, обеспечивает высокую надежность системы.

С восходом солнца освещенность фотодиодов VD1 и VD2 окажется различной, и электродвигатель начнет поворачивать солнечную батарею с запада на восток. По мере уменьшения разницы в длительностях импульсов, вырабатываемых формирователями, будет уменьшаться длительность результирующего импульса, и скорость поворота солнечной батареи плавно замедлится, что обеспечит ее точное позиционирование. Таким образом, при импульсном управлении вращение вала электродвигателя можно передавать платформе с солнечной батареей непосредственно, без применения редуктора.

В течение дня платформа с солнечной батареей будет поворачиваться вслед за движением солнца. С наступлением сумерек длительности импульсов на входе цифрового компаратора окажутся одинаковыми, и система перейдет в дежурный режим. В этом состоянии потребляемый устройством ток не превышает 1,2 мА (в режиме ориентации он зависит от мощности двигателя).

Аккумулятор гелиостата используется для накопления энергии, вырабатываемой солнечной батареей, и питания самого электронного блока. Поскольку электродвигатель включается лишь для поворота батареи (на короткое время), выключатель питания не предусмотрен. Данная схема ориентирует солнечную батарею в горизонтальной плоскости. Однако при ее позиционировании следует учитывать географическую широту местности и время года. Если дополнить конструкцию блоком вертикального отклонения, собранным по аналогичной схеме, можно полностью автоматизировать ориентацию батареи в обеих плоскостях.

Для защиты фотодиодов от избыточного облучения применен зеленый светофильтр. Между фотодатчиками помещают непрозрачную шторку. Ее закрепляют перпендикулярно плате с таким расчетом, чтобы при изменении угла освещения она затеняла один из фотодиодов. Подробнее читайте в статье в прилагаемом архиве . Общий вид печатной платы:

После сборки проверил работу прибора - всё срабатывает как надо, при засвете одного и второго светодиода срабатывает мотор по часовой и против часовой стрелки.

Радиатор несколько великоват, столь большого размера не требуется, но другу такой понравился, потом сказал порежет на две половины для двух готовых плат, тестирует пока, поскольку с мощностью моторов ещё не определился.

Эти радиаторы всё сняты с блоков питания , у меня их много накопилось, а люди всё несут и несут. Разработка - И. Цаплин . Сборка и испытание схемы - Igoran .

Обсудить статью КОНТРОЛЛЕР ПОВОРОТА СОЛНЕЧНОЙ ПАНЕЛИ

Солнечные электростанции все увереннее входят в повседневную жизнь жителей различных уголков нашей страны и многих других государств.
Для того, чтобы повысить КПД использования солнечных панелей, конструкторы и инженеры, разрабатывают новые устройства и приспособления, одним из которых является солнечный трекер.

Что это такое и зачем он нужен

Солнечный трекер – это устройство, позволяющее следить за движением солнца по небосводу, и перемещать солнечную панель в положение, в котором поглощение солнечных лучей происходит наиболее эффективно.

Достоинства солнечного трекера

Достоинства установки трекера можно сформулировать следующим образом:

• КПД солнечных панелей возрастает на 40 -45%. Увеличение достигается за счет того, что наиболее эффективная работа панелей происходит, когда солнечные лучи падают под углом 90* на фотоэлементы панели;
• За счет установки трекера КПД солнечных панелей значительно повышается, количество вырабатываемой электрической энергии, увеличивается.
• В связи с увеличением производительности отдельно взятой панели, отпадает необходимость в установке дополнительных панелей, что в свою очередь, снижает стоимость всего комплекта солнечной электростанции.

Принцип работы

По своей сути, солнечный трекер, это комплексная система, следящая за местоположением солнца.

Для того, чтобы выполнить эту задачу, трекер должен выполнить следующие функции:

1. Определить месторасположение солнца, относительно солнечной панели;
2. Выполнить перемещение солнечной панели, в положение, в котором поглощение солнечных лучей будет максимальным.

За определение расположения Солнца отвечает электронная система, состоящая из GPS приемника, определяющего месторасположение солнца в месте установки солнечной электростанции, а также время текущих суток. В зависимости от полученного сигнала со спутника системы GPS-навигатора, электронная система дает ту, или иную команду на систему перемещения солнечных панелей.

В системе перемещения панелей устанавливается серводвигатель, позволяющий изменять направление вращения вала, что позволяет перемещать панель в разные стороны. Конструкция системы перемещения может быть различного типа, в зависимости с которой, солнечные трекера разделяются на два вида.

Виды трекеров

В зависимости от конструкции, трекера подразделяются на:

• С одной осью вращения – одноосные, устройства, обладающие одной степенью свободы. У данного вида трекеров степень свободы определяется осью вращения, которая ориентируется с севера на юг.

1. С горизонтальной осью вращения – ось вращения находится в горизонтальной плоскости по отношению к поверхности земли;
2. С вертикальной осью вращения – ось вращения расположена в вертикальной плоскости по отношению к поверхности земли;
3. С наклонной осью вращения – ось вращения расположена в промежутке между вертикально и горизонтально расположенными осями, по отношению к поверхности земли;
4. С полярно ориентированной осью вращения – ось устанавливается в соответствии с расположением полярной звезды. Для каждого конкретного случая, угол наклона, при данном расположении оси вращения, определяется индивидуально и зависит от широты месторасположения устройства.

• С двумя осями вращения – двуосные, устройства обладающий двумя степенями свободы. У данного вида трекеров, имеются две оси вращения, которые определяют степень свободы устройства. Оси вращения работают не зависимо друг от друга, но увязаны в общий комплекс устройств, приводящий трекер в движение, в соответствии с заданными параметрами.
• Трекер с двумя осями вращения и опорной плоскостью.

Данный вид подразделяется на:

1. С двумя осями вращения на несущем столбе – несущие конструкции солнечных панелей монтируются на столбовой конструкции. В этом случае, в верхней части столба устраивается площадка, на которой монтируется поворотный механизм, при помощи которого осуществляется поворот несущих конструкций панелей в плоскости поверхности земли. Вторая степень свободы осуществляется как у одноосных трекеров.
2. С двумя осями вращения и опорной плоскостью – несущие конструкции солнечных панелей монтируются на плоскости, которая в свою очередь крепится на круглой платформе или кольце, в виде направляющего рельса. Поворот осуществляется аналогично повороту на столбчатой конструкции, разница лишь в том, что на опорной плоскости можно смонтировать большее количество солнечных панелей, нежели на опорном столбе. Минус этой конструкции в том, что требуется большая площадь поверхности земли для монтажа подобного типа механизмов.

Средние цены

В зависимости от вида, комплектации, фирмы производителя и технических характеристик, стоимость трекеров может составлять:

ООО «Энергосистемы» г. Пенза, предлагает к реализации комплект трекера с двумя осями вращения и опорной плоскостью - стоимостью 1450000,00 рублей.

Технические характеристики данного комплекта:

1. Осей вращения — 2 (горизонтальная и вертикальная);
2. Рабочая поверхность – 96,0 м2;
3. Максимальная рабочая поверхность – 108,0 м2;
4. Электрическая мощность – 13,76 кВт;
5. В составе комплекта предусмотрена метеостанция;
6. Несущая рама — V-образная конструкция на опорно-поворотном устройстве;
7. Вес, без солнечных панелей и основания — 3000 кг;
8. Максимальный вес монтируемых солнечных панелей — 1300 кг;
9. Системой автоматики предусмотрена защита солнечных панелей от тяжелых осадков (перевод панелей в вертикальное положение);
10. Габариты — по высоте до 9,4 м, по вертикальной оси вращения — 12 м.

ООО «Экологичные технологии» (ООО «ЭкоТех») г. Ростов-на-Дону предлагает к реализации следующие модели трекеров:
Модель ED-8000 dual – стоимостью 667000,00 рублей.

Технические характеристики:

1. Тип – с двумя осями вращения;
2. Количество монтируемых модулей (размером 1580х808 мм) – до 60 шт.;
3. Мощность электрического привода (2 привода) – 100 Вт.

Модель ED-5000 dual 0 стоимостью 490000,00 рублей.

Технические характеристики:

1. Тип – с двумя осями вращения;
2. Количество монтируемых модулей (размером 1580х808 мм) – до 42 шт.;
3. Мощность электрического привода (2 привода) – 50 Вт.

Модель ED-3500 dual – стоимостью 397000,00 рублей.

Технические характеристики:

1. Тип – с двумя осями вращения;
2. Количество монтируемых модулей (размером 1580х808 мм) – до 30 шт.;
3. Мощность электрического привода (2 привода) – 30 Вт.

Модель ED-5000 – стоимостью 299000, рублей.

Технические характеристики:

1. Тип – с одной осью вращения;
2. Количество монтируемых модулей (размером 1580х808 мм) – до 36 шт.;

Модель ED-2500 – стоимостью 235000,00 рублей.

Технические характеристики:

1. Тип – с одной осью вращения;
2. Количество монтируемых модулей (размером 1580х808 мм) – до 18 шт.;
3. Мощность электрического привода – 5,0 Вт.

Модель ED-1500 – стоимостью 175000,00 рублей.

Технические характеристики:

1. Тип – с одной осью вращения;
2. Количество монтируемых модулей (размером 1580х808 мм) – до 12 шт.;
3. Мощность электрического привода – 5,0 Вт.

Из приведенных выше примеров видно, что при необходимости, можно выбрать необходимое устройство по виду, техническим характеристикам и стоимости.

Где купить

Как и прочие, сложные и дорогостоящие технические устройства, солнечные трекера лучше приобретать у представителей компаний производителей данного оборудования.

Также можно воспользоваться услугами в специализированных организациях, занимающихся продажей солнечных электростанций и комплектующих к ним. В таких организациях можно получить квалифицированную консультацию по выбору устройства и способу его монтажа.

Для того, чтобы избежать лишних трат времени и финансов, всегда необходимо ознакомиться с отзывами покупателей, уже воспользовавшихся услугами тех либо иных производителей и торгующих организаций.

Как сделать своими руками схема

Для того, чтобы собрать солнечный трекер своими руками, необходимо изготовить все составные элементы этого устройства:

• Основание (каркас) – несущая конструкция. которую можно изготовить из металлического профиля различных сечений.
• Устройство обеспечивающее поворот каркаса и осуществляющее контроль за процессом поворота.
• Защитные элементы. Детали, защищающие солнечные панели от непогоды.
• Система автоматического управления работой трекера.
• Устройство, обеспечивающее преобразование энергии (питание серводвигателей осуществляется от солнечных панелей).

Последовательность изготовления трекера своими руками:

1. Несущую конструкцию (каркас), можно изготовить из металлического профиля различных сечений. Размер конструкции определяет количество монтируемых на ней солнечных панелей. Этот элемент, определяет вид трекера, т.е. количество подвижных осей и их расположение в пространстве.
   Для изготовления металлоконструкций необходимо уметь работать с электрическим ручным инструментом и сварочными устройствами.
2. Для обеспечения поворота трекера в горизонтальной плоскости, используется серводвигатель, обеспечивающий вращения в разные стороны. Для управления серводвигателем необходимо собрать электронную схему управления, в основу работы которой, заложена работа фоторезисторов. При необходимости установки более сложной схемы, лучшим вариантом будет – приобрести готовое устройство.
3. Для обеспечения поворота вокруг вертикальной оси можно воспользоваться часовым механизмом механических часов, припаяв электрические контакты к стрелке часов (подвижный контакт) и к часовым отметкам на циферблате (неподвижные контакты). Сделав такой 1 контакт (на 12 часах циферблата), двигатель будет включаться 1 раз в час. Сделав еще один неподвижный контакт на отметке в 6 часов, двигатель будет включаться через 30 минут. Работа (включение) двигателя привода включается в следующей последовательности: длинная стрелка поворачивается и проходит через двенадцать часов, контакты замыкаются, цепь управления двигателем привода замыкается, двигатель поворачивает панель.
   Для поворота в горизонтальной оси, также можно использовать принцип водяных часов. В этом случае, солнечная панель устанавливается горизонтально (используется горизонтальная ось вращения), с одной стороны к панели прикрепляется утяжеление (любой предмет с постоянной массой), с другой стороны прикрепляется емкость с водой, того же веса, что и утяжеление с противоположной стороны. В емкости с водой делаются отверстия, вода вытекает, под действием утяжеления солнечная панель поворачивается. Количество отверстий и их диаметр, необходимо определить опытным путем.
4. Защитные элементы от дождя, града и прочих атмосферных явлений каждый выбирает индивидуально.
5. Наличие системы автоматики определяется схемой управления, о которой писалось выше. Для создания безопасных условий работы установки, и способности работы в автоматическом режиме, можно приобрести блок управления трекером заводского производства.
6. Устройство для преобразования энергии – инвертор. Данный электронный элемент лучше приобрести промышленного изготовления, хотя при наличии знаний в области электроники и умении работы с паяльником, изготовить своими руками тоже возможно.

При строительстве загородных домов, домиков на дачных участках, теплиц, различных фермерских построек все чаще стали применяться автономные системы электрообеспечения. Солнечные батареи обеспечивают независимость от общих электрических сетей. Да и в городах в частном секторе нередко можно увидеть на крышах домов солнечные панели домашних электростанций.

Эти панели могут быть с моно- и поликристаллическими кремниевыми структурами, могут быть построены на базе батарей, выполненных по аморфной или микроморфной технологии, могут быть даже использованы солнечные батареи, выполненные по технологии «Moth Eye» («Глаз мотылька»). При этом каждое здание строится таким образом, чтобы солнечные панели были установлены в месте, максимально освещаемом солнцем.

Эффективность современных гелиевых систем в среднем не превышает 18% - 20%. У лучших образцов эффективность может достигать 25%. В 2014 году ученые Австралийского центра UNSW по усовершенствованию фотовольтаики сообщили, что им удалось добиться эффективности солнечных батарей в 40%.

При этом нужно понимать, что измерение величины эффективности производится, когда гелиевая панель освещается солнцем под прямым углом. Если солнечная батарея закреплена стационарно, то в течение дня, когда солнце перемещается по небосводу, период прямого освещения батареи солнцем будет относительно небольшим. И поэтому эффективность даже самых совершенных солнечных панелей будет снижаться.

Для того чтобы минимизировать снижение эффективности гелиевых систем, солнечные панели должны устанавливаться на поворотных модулях, которые позволят в течение всего светового дня ориентировать батареи на солнце. Такое поворотное устройство, на котором закреплена несущая конструкция с одной или несколькими солнечными панелями, называется трекером.

Он предназначен для того, чтобы следить за солнцем, и, в зависимости от его положения, ориентировать на него солнечную панель. Это устройство, в зависимости от исполнения, включает в себя один или два датчика слежения за солнцем, а также поворотный механизм. Трекер должен быть установлен в хорошо освещаемом солнцем месте на земле, на стационарной станине, либо на мачте, которая поднимет трекер на такую высоту, чтобы солнечная батарея всегда была освещена солнцем.

Трекер с четырьмя солнечными панелями на мачте

Даже простейшее поворотное устройство с системой слежения за солнцем позволяет получить максимальный коэффициент полезного действия от гелиевых батарей. Как показали исследования, при отсутствии должной ориентации солнечных панелей на солнце теряется до 35% мощности. Поэтому, чтобы выйти на запланированную мощность в случае неподвижного крепления фотоэлементов, приходится устанавливать большее количество панелей.

Принцип построения систем управления поворотом солнечных батарей

Промышленностью выпускается несколько видов систем управления поворотом солнечных батарей. Это достаточно дорогие (до 100000 рублей) устройства, которые могут управлять положением сразу нескольких гелиевых панелей.

Поскольку солнце в течение дня перемещается не только по горизонтали, но и по вертикали, то эти системы управления отслеживают оба изменения положения и, в соответствии с полученной информацией, выдают команды на поворот панели вокруг горизонтальной или вертикальной осей. В общем случае такая система управления состоит из солнечного датчика, преобразователя (П) сигнала с этого датчика, усилителя (У) сигнала, микроконтроллера (МК), устройства управления двигателем (УУД), самого двигателя и, наконец, непосредственно рамы, на которой крепится гелиевая панель.

Схема управления трекера

Характерно, что для управления поворотом в обеих осях используется одна и та же схема. Различны только датчики положения солнца и двигатели. Простейший датчик положения солнца состоит из двух фотодиодов, разделенных непрозрачной перегородкой.

В зависимости от того, за каким перемещением следит этот датчик, перегородка устанавливается горизонтально или вертикально, но обязательно направлена строго на солнце. Пока оба фотодиода освещаются одинаково, сигналы, поступающие с них, равны. Как только солнце переместится настолько, что один из фотодиодов окажется в тени перегородки, происходит разбаланс сигналов и система управления вырабатывает соответствующую команду на поворот солнечной батареи.

Схема датчика положения солнца

В качестве двигателей для поворотной платформы используются, как правило, шаговые двигатели или реактивно-вентильные двигатели. В таких системах управления датчики слежения установлены на этой же платформе и поворачиваются вместе с нею, обеспечивая тем самым точную ориентацию гелиевой панели на солнце. Для надежной работы датчика необходимо предусмотреть защиту его от загрязнения, налипания снега, затенения оптики случайными предметами.

Существуют системы управления, в которых датчики слежения удалены от несущей поворотной платформы и находятся в месте, защищенном от подобных воздействий. В этом случае сигнал с датчиков поступает на сельсин-передатчик. Ориентируя датчик слежения на солнце, сельсин-передатчик передает управляющее воздействие на сельсин-приемник, который и поворачивает несущую платформу, направляя ее точно на солнце.

Система управления поворотом солнечных панелей на базе часового механизма

Промышленные установки – полностью укомплектованные гелиевые электростанции с двухосными поворотными модулями – достаточно дорогое удовольствие. Например, промышленный трекер UST-AADAT стоит порядка полутора миллионов рублей. Естественное желание всех владельцев солнечных электростанций – повысить выходную мощность, но при этом сократить расходы. В результате появились самодельные устройства, оригинальные по своему решению, в которых используются подручные материалы. И эти устройства вполне успешно управляют ориентацией панелей на солнце.

Один из вариантов такого устройства – система управления ориентацией гелиевых панелей, построенная на базе часового механизма. Для слежения за солнцем вовсе не обязательно использовать светоприемные устройства. Для этого достаточно взять обычные настенные механические часы. Подойдут даже старые ходики. Известно, что за один час солнце проходит по небосводу с востока на запад путь, соответствующий угловому перемещению на 15°. Поскольку для гелиевой панели такое угловое смещение не особенно критично, то достаточно включать поворотный механизм один раз в час.

Слежение за перемещением солнца по часам

Устройство для поворота гелиевой панели вокруг вертикальной оси может выглядеть следующим образом. В циферблате на расстоянии длины минутной стрелки от центра, в месте, соответствующем 12-ти часам, устанавливается неподвижный контакт. Подвижный контакт – на острие минутной стрелки.

Таким образом, каждые 60 минут будет происходить замыкание контактов и включаться двигатель, поворачивающий солнечную панель. Отключение двигателя можно организовать различными способами, например, конечным выключателем или реле времени. Если на циферблате установить еще один неподвижный контакт в месте, соответствующем 6-ти часам, то коррекция положения панели будет производиться через каждые полчаса.

В этом случае устройства отключения двигателя должны быть настроены на поворот несущей платформы на угол 7,5°.

Кроме того, при желании здесь же, на этом механизме, с помощью еще одной контактной группы, но уже на базе часовой стрелки можно собрать схему автоматического возврата солнечной панели в исходное положение. На базе этой же часовой стрелки можно собрать систему управления поворотом панели и вокруг горизонтальной оси. Пока часовая стрелка двигается до 12-ти часов, несущая рама поднимается вслед за солнцем. После 12-ти часов двигатель горизонтальной оси реверсируется, и солнечная панель начинает вращаться в обратном направлении.

Принцип водяных часов в системе управления поворотом солнечных панелей

Эта система была придумана девятнадцатилетней студенткой Иден Фулл из Канады. Она предназначена для управления одноосным трекером. Принцип работы следующий. Вращение производится вокруг горизонтальной оси. Солнечная панель устанавливается в начальное положение таким образом, чтобы солнечные лучи были перпендикулярны плоскости панели.

На одну сторону панели подвешивается емкость с водой, на противоположную сторону подвешивается груз, равновесный с емкостью, наполненной водой. В нижней части емкости проделывается небольшое отверстие, чтобы вода по каплям вытекала из этого сосуда. Размер этого отверстия подбирается экспериментально. По мере вытекания воды сосуд становится легче, и противовес медленно поворачивает раму с панелью.

Трекер на «водяных часах»

Подготовка трекера к работе заключается в том, что в опустевшую емкость заливается вода и солнечная панель устанавливается в исходное положение.

Эти два примера далеко не исчерпывают возможные варианты построения поворотных модулей. При небольшой фантазии можно получить простое, но очень эффективное устройство, которое гарантированно сможет повысить эффективность домашней гелиевой электростанции.

В наше время солнечные элементы и солнечные батареи часто используются как источники питания. Но солнечные панели производят гораздо больше энергии, если они направлены прямо на солнце все время, чем тогда, когда они находятся в фиксированном положении. Для этого нужен солнечный трекер — поворотный механизм, который меняет положение солнечной батареи в соответствии с положением солнца.

Этот материал является свободным переводом страницы Майка Дэвиса (Mike Davis) об изготовлении солнечного трекера своими руками. Майк Дэвис рассказывает.

Изготовить солнечный трекер своими руками можно. Вы тоже можете это сделать.

Вот мои солнечные батареи на солнечном трекере, для изготовления которого я использовал старый антенный ротатор, купленный мной за 15 $.

Вот коробка из-под антенного ротатора. Коробка потертая, но ротатор внутри был еще новый и завернутый в оригинальный пластик. Это старое изделие на основе технологий 1960-х годов. Человек купил блок новым, но никогда не использовал его. Он был в коробке в гараже в течение многих десятилетий, пока хозяин наконец решил избавиться от него и отдал в комиссионный магазин.

В основном я просто выбросил почти всю электронику блока, сохранил только то, что имело отношение к приводу двигателя, и присоединил свою систему управления. Подробнее об этом будет речь ниже.

Прежде всего нужно было придумать способ крепления приводного двигателя и солнечной батареи. Я решил сделать систему слежения, которая была бы простой, недорогой, и легко разбиралась для транспортировки. Это было сделано в основном из деревянных брусков 2×4 и стандартных фитингов, скрепленных болтами.

Конструкция солнечного трекера

Это устройство было разработано, чтобы быть портативным: легко разбираться и легко снова собираться с помощью нескольких инструментов. Ядро блока состоит всего из пяти основных частей: северная боковина, южная, вращающийся узел, и две скобки, чтобы держать все вместе.

Перед использованием в естественных условиях базовый блок трекера будет выровненным по оси восток-запад и оси север-юг (с помощью компаса).

Вот фото северной боковой стороны трекера солнечных батарей. Она имеет 48 дюймов в ширину у основания и 43 1/2 дюйма в высоту. Имейте в виду, что эти размеры правильны для использования на 34,6 градуса северной широты. Если вы значительно дальше на север или на юг, то вам нужно изменить размеры этой части. Подробнее об этом ниже. Боковина изготовлена ​​из брусков 2×4, нарезанных и склеенных. Обратите внимание, что есть две маленькие ножки внизу. Они помогают выровнять устройство при его установке. Промежуток между вертикальными брусками 2×4 равен толщине бруска (около 1 1/2 дюйма).

Вот фото южной стороны трекера солнечных батарей. Эта сторона имеет 24 дюйма в ширину и 13 1/2 дюйма в высоту. Она также сделана из брусков 2×4, приклеенных и прикрученных. Эта часть также имеет маленькие ножки, чтобы помочь в выравнивании всего блока при установке. Эта часть, вероятно, является более или менее универсальной и будет работать на разных широтах. Опять же, зазор между вертикальными брусками 2×4 равный толщине бруска 2×4 (примерно 1 1/2 дюйма).

Горизонтальная скоба 2х4, которая соединяет нижнюю часть северной боковины солнечного трекера с нижней частью южной боковины, составляет 48 дюймов в длину. Оно вписывается между стойками и крепится болтами через них. Это также нужно будет рассчитывать на вашей конкретной широте, так как расстояние между северной и южной опорами изменится при изменении угла оси север-юг.

Раскос (кусок 1×4) было добавлен, чтобы взять большую часть нагрузки от вращающегося узла (установлен на болты, удерживающие вращающийся узел на месте).

Вот сердце трекера солнечных батарей. Это приводной двигатель и вращающийся узел. Антенна двигателя и связанные с ним монтажные конструкции находятся слева. Однодюймовая стальная труба 4 фута длиной приводится в движение ротатором и будет нести солнечные батареи. Подшипники и крепления конструкции находятся на правом торце. Подробности ниже.

Показан двигатель крупным планом. Этот антенный ротатор предназначен быть закрепленным на неподвижной мачте и вращать более короткую мачту с антенной, прикрепленной к ней. Так что я создал псевдо фиксированную мачту, чтобы прикрепить его. Короткий кусок трубы в 1 дюйм вверху (под проводом) служит точкой крепления для ротатора. Короткий отрезок трубы крепится фланцем, который, в свою очередь, прикреплен болтами к 3 1/2 х 3 1/2 дюйма квадратного куска дерева, приклеенного прикрученного шурупами к куску бруска 2х4 в 12 дюймов длиной. Этот брусок 2х4 проходит между стойками северной боковины и удерживается на месте болтами.

Вот крупным планом показан подшипник на нижнем конце трубы длиной 4 фута, которая несет солнечные батареи. Переход сделан с помощью фланцев.

В первый раз, когда я собрал прибор, я зажал все части большими зажимами. Как только я получил правильный угол оси, зажимы были затянуты. Тогда я просверлил отверстия для длинных болтов, чтобы соединить все части вместе.

Я должен поговорить немного о том, как я определил угол оси (вращения трекера) север-юг. Устройство должно быть выставленным по широте местности, где будет эксплуатироваться. Я не делал его регулируемым. Это будет правильный угол весной и осенью, когда я обычно нахожусь на моей собственности. Это будет немного слишком высоко летом, и немного низко зимой. Тем не менее, солнечные батареи будут давать значительно больше энергии, чем тогда, когда они фиксированные.

Угол оси вращения относительно земли устанавливается в соответствии широте места, где будет использоваться солнечный трекер. Подумайте об этом таким образом. Если он был использован на экваторе, где широта 0, угол относительно земли будет 0, так что ось будет горизонтальной. При использовании на одном из полюсов, 90 или -90 градусов широты, угол относительно земли будет вертикальным. Из этого следует, что правильный угол всегда соответствует широте места, где трекер будет эксплуатироваться. Мой участок земли имеет около 34,6 градуса северной широты, так что этот угол я использовал.

Итак, ваш угол, может отличаться, но и размеры вашей базовой конструкции также будут отличаться. Размеры основания зависят от используемого угла. И высота вашей северной и южной сторон, и расстояние между южной и северной боковинами должны быть рассчитаны.

Регулируемые версии конструкции могут быть легко созданы, они позволят выставлять ниже угол летом и более высокий угол в зимний период. Однако пока я оставлю это в качестве упражнения для читателя, меня пока устраивает то, что есть.

Вот еще одна фотография установленной головки ротатора.

Эта фотография показывает, как нижний конец подшипника приводной трубы вписывается в южную боковину и удерживается болтами. Другой конец прикреплен к северной боковине. Нижний конец диагональной скобки также виден.

Вот крупным планом показано, как подшипник крепится с помощью фитингов.

Эта фотография показывает одну из алюминиевых рам, которые на трекере держат солнечные батареи. Она сделана из алюминиевого уголка, содержит 100W панель, и имеет 47 1/8 на 21 1/2 дюйма внутренних размеров. В основном, это немного больше, чем внешние размеры панели солнечных батарей. Панель фиксируется на месте с помощью винтов, которые проходят через рамки в стороны панели.

Можно увидеть надрезы в рамке для монтажа на трубу трекера.

Эта фотография показывает, как рама соединена по углам (сварка углов также возможна).

Вот крупным планом надрезы в раме для монтажа на трубу трекера. Выемки такой же глубины, что и хомуты, используемые для монтажа.

Вот крупным планом показано, как хомуты используются для крепления рамы на трубу трекера. Хомут действительно довольно плотно крепит раму на трубу. Я был удивлен тем, как хорошо он работал.

Во время первого тестирования в помещении я установил продольно только одну солнечную батарею на всю приводную трубу (в конечном варианте должен был установить две батареи). Если у вас есть или нужна только одна батарея, это способ установить ее.

Эта фотография показывает две алюминиевые рамы, зажатые на приводной трубе.

Эта фотография показывает две солнечные батареи на трекере. Винты удерживают батареи на месте, так что ветер не может сдуть их из рам.

Верхняя панель является коммерческой, этот 100 Вт блок я купил, потому что получил действительно очень большую скидку на него. Нижняя панель является одной из моих самодельных 60-ваттных солнечных панелей. Перейдите по ссылке, чтобы увидеть, как я делаю их.

160 Вт могут показаться не слишком мощными, но мои потребности в электроэнергии минимальны. Трекер и мой самодельный ветрогенератор дополняют друг друга, мои батареи сохраняют заряд и у меня есть достаточно электроэнергии.

Эта фотография показывает трубу противовеса. Это кусок дюймовой стальной трубы 30 дюймов длиной. Она ввинчивается в уголок на верхнем конце блока двигателя. Одна труба — больший противовес, чем нужно для одной панели. Для двух панелей я добавил стальной T-образный фитинг на конце трубы. Антенный ротатор был разработан, чтобы двигаться сбалансировано относительно вертикальной мачты. Противовесом уменьшается величина крутящего момента, который двигатель должен предоставлять для перемещения панелей, подвешенных почти горизонтально относительно мачты. Ваши панели, вероятно, имеют разный вес, и требуется различное расположение противовеса. Поэкспериментируйте с различными длинами труб и/или дополнительных фитингов, чтобы получить баланс ближе к идеалу, насколько это возможно, и предотвратить перегрузку двигателя или передач.

Для продолжения щелкните на кнопке с цифрой 2

Блок управления солнечного трекера

Вот оригинал принципиальной схемы антенного ротатора. Все абсолютно электромеханическое. Очень старая школа, почти примитивно. С другой стороны, он по-прежнему работает после десятилетий хранения. Одной из особенностей этого старого блока является то, что двигатель, вращающий головки, работает на 24 В переменного тока. Это сделало проектировании новой системы управления для него сложным. Я искал способы для изменения или автоматизации оригинального блока управления, но не мог придумать, как заставить ее работать. Поэтому я отказался от намерения использовать прежнее управление, разобрал его на части, и началось проектирование нового.

Я не смог повторно использовать многие из этих частей. Фактически головка ротатора используется. Но от блока управления я сохранил только трансформатор с 120V до 24V (# 110), и мотор конденсатор (# 107).

Вот схема контроллера электроники, которую я придумал после нескольких испытаний. Полноразмерная схема здесь. Схема основана на MBED, платформе быстрого прототипирования. Модуль MBED может быть запрограммирован на C с помощью онлайн IDE. MBED является достаточно мощным, есть множество возможностей IO. Это действительно слишком для этого проекта, но я был знаком с MBEDs, поскольку использовал их в проектах на работе. Вы можете легко заменить его на Arduino, Raspberry Pi, или другое, чтобы сделать то же самое.

Сердцем схемы является MBED. Он считывает значение напряжения (с помощью двух своих аналоговых входов) из двух небольших солнечных батарей, установленных под прямым углом друг к другу. Двигатель ротатора антенны перемещается так, что поддерживает напряжение от двух солнечных батарей почти равным, держа их направленными на солнце.

На двигатель подают энергию путем закрытия реле и включения инвертора переменного тока. Направление вращения двигателя регулируется другим реле. Я использовал 40 А автомобильные реле, потому что они дешевы, доступны везде, и у меня уже было несколько на руках. Реле возбуждается силовыми транзисторами TIP120 Дарлингтона управляемыми выходными линиями от MBED. Две кнопки были добавлены для ручного перемещения двигателя при тестировании и для устранения неисправностей. Нажатие PB1 перемещает двигатель на запад. Нажатие PB1 и PB2 вместе перемещает двигатель на восток.

Два конечные выключатели соединены с входными линиями MBED. Движение начинается только в заданном направлении, если конечный выключатель замкнут. Движение останавливается через прерывания, если конечные выключатели открыты.

Регулятор LM7809 с + 9В обеспечивает стабильное питание для MBED от источника 12В. MBED основано на логике 3,3, и имеет регулятор на борту и выходные линии на 3,3, для согласования использованы резисторы.

Список деталей блока управления солнечного трекера

C3 — NPО (взял из оригинальной коробки управления)

D1-D2 — 1N4001 или аналогичные диоды

ECell-WCell — тонкопленочные медь-индий-селенид (CIS) солнечные элементы

F1 — 2A инерционный предохранитель

IC1 — LM7809 + 9В регулятор напряжения

IC2 — NXP LPC1768 MBED

K1-K2 — 40A SPDT Bosch Automotive тип реле

LS1-LS2 — быстродействующий контакт NC коммутатор (см. ниже)

PB1-PB2 — быстродействующий контакт NO кнопки

Q1-Q2 — TIP120 NPN силовой транзистор Дарлингтона

R1-R6 — 1к 1/8 Вт резисторы

R7-R8 — 10K Trimpots

T1 — 120VAC к 24VAC 2A понижающий трансформатор

Инвертор AC — 200-250 Вт 12В постоянного тока до 120В переменного тока инвертор

Код (программное обеспечение) для этого проекта можно найти на http://mbed.org/users/omegageek64/code/suntracker/. Это достаточно простая программа. Как я уже сказал выше, MBED является чрезмерным для этого проекта. Однако его неиспользованный потенциал мог бы позволить добавляться новые функции в будущем (можно добавить вторую моторизованную ось, можно было бы добавить контроль заряда и температурную компенсацию).

Электроника блока управления расположена в старом ящике от боеприпасов, который я приобрел в комиссионном за $ 5 Это идеальный корпус, крепкий, защищенный от непогоды и просторный. В нем есть два 40 Amp автомобильных реле, инвертор, 120В / 24В понижающий трансформатор, макет, содержащий логику повода, держатель предохранителя и клеммные колодки для проводки.

Эта фотография была сделана на самом раннем этапе проекта солнечного трекера с ранней версией электроники на нем. Небольшой инвертор 100W, показанный на фото, был позже заменен более надежным. Маленький инвертор работал, но я считал, что это было слабое место. Поэтому я купил большой на 250W. Двигатель после этого перемещается быстрее и плавнее, не слышны странные звуки, словно от умирающего животного.

Здесь я начал монтаж электроники внутри ящика для патронов. Реле, трансформатор, клеммная колодка и одна из полос клемм были установлены.

Хотя, похоже, электроника солнечного трекера является последней вещью, о которой нужно говорить на этой веб-странице, она на самом деле была одной из первых вещей, над которыми я начал работать после приобретения антенного ротатора. Электроника прошла несколько различных версий, прежде чем я остановился на окончательном варианте.

Вот вид внутри коробки из-под патронов со всеми установленными компонентами электроники. Белый макет со всей логикой в ​​правом верхнем углу. Длинный черный прямоугольник является инвертором. Макет и инвертор удерживаются на месте липучкой промышленной прочности.

Приглядевшись, вы увидите, что кабель USB подключен к модулю MBED на плате и идет к моему нетбуку, едва заметному в верхней части фото. Эта фотография была сделана во время программирования/ тестирования/наладки приводной электроники.

Вот крупным планом плата с «мозгами» системы на ней. MBED компьютерный модуль находится справа. Слева от MBED есть два trimpots для регулирования сигналов от сенсорной головки. Ниже них силовые транзисторы для управления реле. Далее слева есть ручные кнопки коррекции (нажимаются для перемещения трекера вручную). В крайнем левом углу есть регулятор напряжения 9В.

Макет временный. Впоследствии я сделаю правильный печатную плату и установить ее.

Головка датчика состоит из двух небольших тонкопленочных Copper Indium di Selenide (CIS) солнечных элементов того же типа, который я использовал в моей самодельной складной 15-ваттной солнечной батарее. У меня осталось неиспользованными несколько таких элементов.

Два небольшие солнечные элементы установлены под углом 90 градусов по отношению друг к другу. Идея заключалась в том, что, когда один элемент или другой будут получать больше солнца, солнечный трекер будет двигаться, пока освещенность не выровняется.

Здесь показан вид законченной сенсорной головки солнечного трекера. Она установлена ​​на короткий кусок алюминиевой трубки, которая, в свою очередь, будет установлена ​​на приводе трубы слежения. Я показал некоторые размеры для тех, кто всегда просит меня, чтобы включить их. Головка датчика крепится хомутом.

Вот вид головки датчика, прикрепленного к солнечному трекеру. Она устанавливается на трубу, выходящую из верхней части поворотного устройства.

Два конечные выключатели установлены на алюминиевый уголок, прикрепленный к приводной трубе хомутом таким же образом, как и солнечные панели.

Лопатки переключателей контактируют с управляющими длинными винтами, выступающими из деревянной несущей конструкции приводного двигателя. Конечные выключатели останавливают движение электродвигателя с обоих (восточного и западного) концов хода. Переключатели нормально закрыты, и открываются, когда граница перемещения будет достигнута.

Тестирование, настройка и доработка солнечного трекера

Эта фотография была сделана во время сеанса отладки в моей мастерской в ​​последние выходные перед отъездом в Аризону. Мой нетбук подключен к MBED блока управления. Батарея большая, глубокого цикла, обеспечивает питание электроники и блок трекера (нет в кадре).

Еще одна фотография тестирования и отладки блока управления. Датчик работал хорошо в помещении моей мастерской.

После этого, уже в Аризоне, была обнаружена проблема. Гораздо более сильный естественный солнечный свет питал солнечные элементы датчика, даже если они были под достаточно острым углом к ​​солнцу. Это привело к тому, что трекер не следил за солнцем с нужной точностью.

Решение проблемы было найдено путем установки панели затемнения перед солнечными элементами и использованием черной изоленты для покрытия части солнечных элементов.

Это первый вариант панели затемнения, кусок металла вырезали из алюминиевой банки безалкогольного напитка, единственного тонкого листового металла, который был у меня на руках в то время.

Прототип панели затемнения работал так хорошо, что постоянная панель затемнения из 1/32 листа алюминия, купленного в хозяйственном магазине, была сделана на следующий день. Была сделана шире, чтобы она давала более широкую тень и я мог отказаться от изоленты на солнечных элементах.

Панель затемнения солнечного трекера установлена ​​на двух винтах, которые позволяют ей поворачиваться на восток и запад. Это нужно для тонкой настройки точности наведения трекера. С этой панелью трекер действительно начал работать хорошо.

На фото вы видите, как в тени большая часть восточного элемента. Когда различие в выходе тока между элементами превысит определенный предел, трекер начнет двигаться.

Вот фото финальной версии крепления затемнения с размерами.

Панель затемнения прекрасно работает. Вот это фото сделано поздно днем, и солнечный трекер преодолел почти весь свой путь до заката. Устройство работает очень хорошо. Я не мог быть более довольным.

Калибровка трекера достаточно проста. В ясный день подключите портативный компьютер к модулю MBED в трекере, откройте приложение, чтобы увидеть информацию по MBED. Отрегулируйте панель затемнения, чтобы она находилась по центру. Вручную позиционирует трекер, чтобы он был направлен на Солнце, затем выключите инвертор, чтобы трекер не двигался самостоятельно. Отрегулируйте trimpots, пока показатели востока и запада не будут примерно равны Получите их как можно более близкими. Делайте довольно быстро, потому что солнце движется. Вы можете всегда вручную повторно центрировать трекер на солнце и попробовать еще раз. После того, как вы отрегулируете, включите инвертор и посмотрите, насколько хорошо трекер отслеживает движение солнца.

Поскольку Солнце движется медленно, калибровка может занять некоторое время. Возможно, вам придется ждать час или два, или даже большую часть дня для внесения корректировки.

Здесь трекер направлен немного восточнее центра в пасмурный день. Даже через тонкие облака трекер работает хорошо. Трекер перестает отслеживать солнце, когда облака густые и яркость неба, как правило, достаточно равномерная.

Эта фотография сделана во временя тестирования в Аризоне. Мой самодельный контроллер заряда и инвертор для питания 120В переменного тока подсоединены с помощью оранжевого удлинителя. Впоследствии батарея и электроника будут в защищенном корпусе, под землей будут провода для 120В переменного тока и 12В постоянного тока, дистанционный переключатель мощности для инвертора и вольтметр батареи будут установлены в салоне. Это есть в плане.

На моем участке земли в Аризоне ветрено. В любой день мы можем видеть порывы до 35 миль в час. Еще хуже, если начинается буря. Эта фотография показывает деревянные колья на четырех углах базы солнечного трекера, чтобы удерживать его на месте. После того, как я решу, где на постоянно разместить трекер, я, вероятно, буду использовать стальные колышки, чтобы удерживать его на месте (они не будут гнить в земле).

UPDATE — Мне кажется, я нашел дешевый и легкий способ сделать всепогодной головку датчика. Я разрезал бутылку 2 литра пополам и положил ее на головку датчика. Пришлось сделать несколько прорезей в нижней части бутылки, чтобы она скользила вокруг квадратной трубы в нижней части головы. Я могу отрегулировать положение панели затемнения (при необходимости) через крышку отверстия.

UPDATE — Я сделал некоторые изменения в солнечном трекере. Во-первых, как вы можете видеть на этой фотографии, он был окрашен, чтобы защитить древесину от погоды. Он также в настоящее время установлен на кирпич, чтобы предохранить его от контакта с влажной землей.

Деревянные колья были заменены длинными стальными кольями, вбитыми глубоко в землю. Длинные винты идут через отверстия и надежно закрепляют трекер.

Было добавлено крепление, чтобы стабилизировать батареи и не допустить их хлопанья при сильном ветре.

Горизонтальная полоса поддержки была укреплена сваркой муфты 1/2 дюйма стальной трубы к главной однодюймовой несущей трубе. Два 24-дюймовые длинные куски 1/2 дюйма трубы затем образовали горизонтальную балку.

UPDATE — Старые конечные выключатели были заменены на новые герметичные для защиты от пыли и влаги.

UPDATE — Я сделал новую, защищенную от непогоды головку датчика для системы солнечного трекера. Теперь головка установлена ​​в прозрачную пластиковую банку.

Панель затемнения в настоящее время находится на внешней стороне контейнера для простоты тонкой настройки отслеживания и крепится на месте простым хомутом. После того, как новая головка датчика будет установлена ​​на системе слежения, силиконовый герметик по всему краю крышки банки защитит ее от влаги.

Вот вид головки датчика с удаленной банкой. Оригинальная головка имела два солнечных элемента, установленные под углом 90 градусов друг к другу. Такая конструкция не будет помещаться в этой банке, поэтому я установил элементы под более острым углом 60 градусов.

Эта фотография показывает нижнюю сторону головки датчика. Она также показывает, как монтажная опора навинчивается на крышку банки. Монтажная опора будет зажата на главном вале слежения с помощью хомута.

Солнечный трекер Radiofishka

Как известно, КПД солнечной панели максимально при попадании на нее прямых солнечных лучей. Но т.к. солнце постоянно движется по горизонту, то КПД солнечных батарей сильно падает, когда солнечные лучи падают на панель под углом. Чтобы повысить КПД солнечных панелей, применяются системы следящие за солнцем и автоматически поворачивающие солнечную панель для попадания прямых лучей.

В данной статье представлена схема устройства слежения за солнцем или по другому трэкер (Solar Tracker).

Схема трэкера проста, компактна и вы легко сможете собрать ее своими руками. Для определения позиции солнца, используются два фоторезистора. Мотор включен по схеме H-моста (H-bridge), который позволяет коммутировать ток до 500 мА при напряжении питания 6-15В. В темноте, устройство также работоспособно и будет поворачивать моторчик на наиболее яркий источник света.

Принципиальная схема устройства слежения за солнцем

Как видно на рисунке ниже, схема проста до безобразия и содержит микросхему операционного усилителя LM1458 (К140УД20), транзисторы BD139 (КТ815Г, КТ961А) и BD140 (КТ814Г,КТ626В), фоторезисторы, диоды 1N4004 (КД243Г), резисторы и подстроечные резисторы.

Из схемы видно, что мотор М приводится в движение при разных значениях на выходах ОУ IC1a и IC1b. Таблица истинности:

Низк. Выс. Вперед Выс. Выс. Остановлен Выс. Низк. Назад

или наоборот, зависит от подключения мотора

Транзисторы в схеме работают в паре, по диагонали, коммутируя +Ve или -Ve к мотору, и заставляя его вращаться вперед или назад.

Во время остановки мотора, он продолжает вращаться, т.к. присутствует вращающийся момент. Вследствие этого, мотор какое-то солнечный трекер своими руками время генерирует мощность, которая может вывести транзисторы из строя. Для защиты транзисторов от противоЭДС в схеме моста используется 4 диода.

Входной каскад состоит из двух ОУ (IC1) и фоторезисторов LDR и LDR’. Если количество света, попадающее на них одинаково, то сопротивления фоторезисторов также равны. Следовательно, если напряжение питания 12В, то в месте соединения фоторезисторов LDR LDR’ будет напряжение в 6В. Если количество света попадающего на один фоторезистор будет больше, чем на другом фоторезисторе, то напряжение будет изменяться.

Ограничения (лимиты) от +V до 0V устанавливаются четырьмя последовательно соединенными резисторами и подстраивается 2-мя подстроечными резисторами. Если напряжение выйдет за пределы этих ограничений, то ОУ запустит мотор и он постоянно будет вращаться.

Подстроечный резистор 20K регулируют чувствительность, т.е. диапазон между лимитами. Подстроечник 100К регулирует то, насколько лимиты будут симметричны относительно +V/2 (точка баланса).

1. Проверьте напряжение источника питания схемы

2. Подключите двигатель пост. тока

3. Установите фоторезисторы рядом, чтобы на них попадало одинаковое количество света.

4. Полностью выкрутите оба подстроечный резистора против часовой стрелки

5. Подайте питание на схему. Моторчик закрутиться

6. Вращайте подстроечник 100К по часовой стрелке до тех пор, пока он не остановится. Отметьте эту позицию.

7. Продолжайте вращать подстроечник 100К по часовой стрелке до тех пор, пока мотор не начнет вращаться в другую сторону. Отметьте эту позицию.

8. Разделите угол между двумя позициями пополам и установите там подстроечник (это будет точка баланса).

9. Теперь, вращайте подстроечник 20К по часовой стрелке до тех пор, пока мотор не начнет дергаться

10. Немного верните положение подстроечника назад (против часовой стрелки), чтобы мотор остановился (данный подстроечник отвечает за чувствительность)

11. Проверьте корректность работы схемы, поочередно заслоняя от света один и второй фоторезисторы.

Список радиоэлементов

Скачать список элементов (PDF)

Поворотное устройство для солнечной батареи своими руками

Солнечный трекер своими руками! Пелинг Инфо солнечные

Устройство слежения за солнцем — Сайт Паяльник

Двухосевой солнечный трекер на Arduino / Geektimes

Солнечный трекер Radiofishka

10 способов необычно упаковать подарок своими руками Женский журнал

MC Church My City Church

Солнечный трекер своими руками

Общая дисперсия света солнца, которая использовалась ранее, не давала отменного результата. Точнее сказать, тот результат, который человечество получало, нельзя было при всех его показателях назвать идеальным. Солнечные батареи устанавливались стационарно и пребывали в одном зафиксированном положении. Система слежения за солнцем сняла эту проблему.

Максимальная энергия, которую можно получить, будет генерирована в случае перпендикулярного направления солнечных лучей на плоскость батарей. В обратном случае эффективность солнечных батарей крайне мала – приблизительно 10-15%. Если использовать систему автоматического наведения батарей на солнце, можно повысить результат на 40%.

Как это работает

Устройство слежения состоит из двух важных частей: механизма, который осуществляет поворот и наклон батарей в нужную сторону и электронной схемы, которая приводит в действие механизм.

Расположение батарей определяется географической широтой местности, где они должны быть установлены. К примеру, нужно установить батареи в местности, которая соответствует 330 северной широты. Это значит, что ось устройства должна быть повернута на 330 по отношению к горизонту земли.

Само вращение возможно благодаря двигателем, работа которого регулируется автоматикой. Автоматика «следит» за местом расположения Солнца на небоскребе и по мере его продвижения в западном направлении дает сигнал двигателю делать поворот всех батарей.

Интересным и любопытным выдается тот факт, что питание для двигателя идет от самих солнечных батарей. Слежение за солнцем делает само солнце, а это тоже экономия средств.

Особенности конструкции

Для детального восприятия приведем пример, как использовались солнечные лучи батареями ранее. Например, солнечная батарея выполнена из двух панелей, каждая из которых содержит три элемента. Элементы соединены параллельно. Панели монтируются таким образом, чтобы между ними был прямой угол. В таком случае минимум одна панель в любом случае будет «впитывать» солнечные лучи.

Однокоординатный солнечный трекер ED-5000

Панели образуют угол в 900, биссектриса которого направлена строго на солнце. Если всю конструкцию повернуть на 450 вправо или влево, одна панель будет работать, вторая – бездействовать. Такая позиция использовалась для того, чтобы улавливать солнечные лучи одной батареей в первую половину дня, а во второй половине за дело принимается вторая батарея.

Однако с применением поворотного устройства автоматического слежения, можно навсегда забыть о проблемах расположения батарей. Теперь все они без исключения будут иметь обращенные под углом 900 поверхности к солнцу.

Схема устройства

Схема автоматического поворота должна также для большей эффективности работы учитывать наличие факторов, которые ограничивают энергию солнечных лучей. Нет смысла использовать питание в случае тумана, дождя или облачности, когда солнце спрятано полностью или частично.

Особенности устройства

Автоматические системы слежения промышленного производства более прогрессивны как в техническом плане, так и в эстетическом. Однако это вовсе не значит, что устройства, которые были изготовлены в домашних условиях, являются неполноценными. Они могут иметь некоторые недочеты, но в любом случае имеют высокий показатель.

Двухкоординатный солнечный трекер

За что покупают и чем привлекает вся конструкция:

• Устройства не требуют компьютерной настройки и программного обеспечения;
• GPS-приемник считывает данные о местном времени, а также о местоположении;
• Легкий вес, что достигается использованием легких металлов (алюминий и его сплавы);
• Наличие коммуникационного порта дает возможность вовремя диагностировать неполадки в работе;
• Ременной привод, приводящий в действие механизм более надежный, чем шестеренный;
• GPS-приемник всегда обновляет данные о времени, так что сбой исключен – например, работа в ночное время невозможна;
• Любая конструкция требует минимального вмешательства со солнечный трекер своими руками стороны человека;
• Позволяют работать при любых возможных атмосферных влияниях, в том числе низких и высоких температур;

Возможность изготовления своими руками

Если есть возможности и желание, то всегда можно попробовать изготовить устройство самому. Конечно, это несколько тяжело, ведь потребуется не только глубокое знание и навыков в электромоделировании, но и дополнительные усилия для изготовления самой мачты, при монтаже солнечных батарей и т.п.

Самодельный трекер

Внимательно изучив форумы, можно смело заявлять о том, что есть профессионалы не промышленного уровня. В разных регионах (где это целесообразно и рентабельно) уже давно не диковинкой стало использование солнечных батарей при наличии поворотной системы слежения.

Разные мастера предлагают свои схемы, наработки, делятся опытом. Так что, если возникла потребность усовершенствовать конструкцию солнечных батарей и повысить производительность, всегда есть возможность сделать это самостоятельно, не задействовав при этом максимума финансовых средств.